从废旧荧光粉中梯级回收稀土的工艺研究

摘要

稀土荧光粉中含有Y、Eu、Ce、Tb等急缺的战略性稀土元素，其品位是天然矿石的几十倍甚至是几百倍。因此，从废旧荧光粉中回收稀土资源具有重要意义。目前，从废旧荧光粉中回收稀土主要采用直接酸浸和碱焙烧-酸浸工艺，虽然上述工艺已广泛应用，但直接酸浸适用范围窄、收率低；碱焙烧-酸浸成本大、耗酸多。此外，还存在对废旧稀土荧光粉在酸浸过程中的热力学研究较少，主要元素行为不明确，浸出液残酸浓度较高等问题。为此，本文采用梯级法即：酸浸-苛性钠焙烧-水洗-二段酸浸回收废旧荧光粉中稀土的工艺。主要研究内容和结果如下： 通过热力学计算，绘制了废旧荧光粉在梯级回收稀土过程中的Y-Eu-H2O系、Al-H2O系及Tb-Ce-H2O系电位-pH图；研究了酸浸-苛性钠焙烧-水洗-酸浸中各个工序及主要元素走向，针对水洗产物经酸浸后残酸浓度较高问题，提出水洗产物二段酸浸工艺；比较了添加不同碱性物质净化浸出液的效果。 结果表明：从25℃到100℃，在pH＜6的酸性条件下，红粉中的Y2O3、Eu2O3以 Y3+、Eu3+的形式稳定存在水溶液中，为防止 Fe3+、Al3+水解，酸浸出液终点pH值应控制在3.5至4之间；在常温25℃水洗时，应保证水洗终液的pH值大于12.46，在100℃水洗时，应保证水洗终液的pH值大于10.41，能较大限度的将Al除去；从25℃到100℃，在酸性条件下，经碱焙烧水洗除铝后得到的TbO2、CeO2难以被酸直接浸出，同时 Tb4+、Ce4+在水溶液中不能稳定存在，通过加入适当还原剂，可将Tb4+、Ce4+还原成Tb3+、Ce3+的形式稳定存在水溶液中；酸浸工序时稀土总浸出率为57.95%，其中90.31%的Y2O3，79.73%的Eu2O3及微量的Tb4O7浸出，苛性钠焙烧水洗除铝率为96.95%，最终稀土的浸出率为98%；二段酸浸工艺为：一段采用2.04 mol·L-1HCl酸浸水洗产物，在液固比5:1、浸出温度60℃、浸出时间90 min，得到浸出液终点 pH值为4。二段在液固比6:1、6 mol·L-1HCl、浸出温度60℃、浸出时间90 min、分别添加过氧化氢10%(体积分数)和抗坏血酸8%（质量分数）浸出一段酸浸产物，此时稀土总浸出率分别为95.71%、99.32%。此外，添加氨水或氢氧化钠将浸出液的终点pH值调至5，陈化过滤，滤液中的Fe、Si含量基本满足后续萃取条件，但Al还需要采取萃取或者其他方式进一步去除。

目录

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第一章 绪 论

1.1 废旧稀土荧光粉的概述

1.2 废旧稀土荧光粉浸出反应热力学基础

1.3 废旧稀土荧光粉中稀土提取及净化研究

1.4 课题研究内容、目标以及创新点

第二章 实验研究方法

2.1 实验原料及试剂

2.2 实验装置及设备

2.3 实验方法

2.4 实验分析方法

第三章 废旧稀土荧光粉酸浸及水洗热力学研究

3.1 浸出反应的热力学分析

3.2电位-pH图绘制理论基础

3.3 小结

第四章 废旧稀土荧光粉酸浸-苛性钠焙烧-水洗-酸浸实验研究

4.1 废旧稀土荧光粉酸浸实验

4.2 废旧稀土荧光粉酸浸产物苛性钠焙烧实验

4.3 废旧稀土荧光粉酸浸-苛性钠焙烧产物水洗除铝实验研究

4.4 废旧稀土荧光粉酸浸-苛性钠焙烧-水洗产物酸浸正交实验

4.5小结

第五章 废旧稀土荧光粉酸浸-苛性钠焙烧-水洗-酸浸工艺元素行为及净化

5.1 废旧稀土荧光粉酸浸-苛性钠焙烧-水洗-酸浸工艺元素行为及衡算

5.2 废旧稀土荧光粉酸浸-苛性钠焙烧-水洗产物二段酸浸研究

5.3 pH值对酸浸出液中主要元素的影响

5.4小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果